автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Совершенствование процессов охлаждения с помощью целенаправленно формируемых гетероазеотропных смесей

РГ6 од

. !" МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. Р. БЕРУНИ

На правах рукописи

ЛАВОЧНИК Лариса Абрамовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОХЛАЖДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННО ФОРМИРУЕМЫХ ГЕТЕР0АЗЕ0ТР0ПНЫХ СМЕСЕЙ

Специальность: 05. 17. 08 — процессы и аппараты химической

технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ — 1994 г.

Работа выполнена на кафедре «Гидравлика и гидромашины» Ташкентского автодорожного института и в проблемной лаборатории Ташкентского политехнического института имени А- Р. Беруни.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Ризаев Н. У-

Официальные оппоненты:

академик АН Республики Узбекистан, доктор технических наук, профессор Салимов 3. С.

кандидат технических наук Рахимов X. СВедущее предприятие: Научно-производственное объединение «Конструктор».

Защита состоится « » '£г/си*£_ г.

в 4&0<> часов на заседании Специализированного Совета

Д. 067. 07. 22 в Ташкентском государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни по адресу: 700095, г. Ташкент, ВУЗгородок, ул. Университетская, 2, ТашГТУ, гл. корпус, ауд. 602.

С диссертацией можно ознакомиться в Межвузовской фундаментальной библиотеке (Ташкент, ВУЗгородок, ул- Университетская, 2, ТашГТУ, гл. корпус).

Автореферат разослан « и » 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета д. т. н., профессор

4,1 -Ь-/

АЗИМОВ Р. К.

О ЕДА Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа

Среди процессов химической, нефтехтанческоЯ я родственных иге технологий ряда пищевых производств важную роль играют процессы охлаждения, благодаря чему к ним привлечено серьезное вникание исследователей и производственников, работаедих а области этих технологий.

В условиях предприятия, расположенных а райогах тарного климата и, з частности, предприятий, находящихся з Узбекистане, значимость процессов охлаждения существенно возрастает и для них поиск путеП повьаения технико-экономическо?. эффективности этих процессов является еще более важны«.

Оптимальные реясшя актуальной проблемы соверсснствовакия процессов охлаждения лежат га путях реезения двуединой задачи: - с одно!! стороны соверпекстгования самих охлаждающих систем, их процессов и аппаратов, а с другой стороны - разработки нови? эффективных рабочих тел для этих систем. 3 свете известного Монреальского соглашения пэ веществам, разрушающим озоновый слой земли, пторая часть этой задачи получила в последние годы еде и полоо звучание, ' ориентированное на поиск и быстрое промьпленное освоение рабочих тел, способных полностью, или хотя бы частично, заменить те из холодильных агентов и хладоносителеЯ, которые оказываат разрушающее воздействие на озон.

Характерным в этом плане представляется то, что МеждународшЛ институт холода (ШО видит одну из реальных я эфрехтивных возможностей такой закон;; в более отроком использовании аммиака, который еще в недалеком прозлом активно вытеснялся урезками.

Диссертант посвятил свое исследование совэрзенствовают процессов охлаждения за счет использования в охлавдаящих системах химических, нефтехимических и пищевых производств, а также других потребителей холода новых рабочих тел, представляющих собоЯ целенаправленно фэр«1!русмые гетороазеотропные смеси п том числе и на основе аммиака. Эти смеси, как показано в работе, выгодно отличаются своими специфическими теплофизическими и термодинамическими своЯ-ствами и благодаря «м могут быть на только существенно улучаены технико-экономические показатели традиционных систем охлаждения, но и реализована оригинальная система, которая сочетает в себе основные достоинства системы непосредственного Охлаждения и системы с промежуточным хладоносителем.

'ясалодовзнчч"

Цасскя акйдиса состояния ноааоса диссертант в качестве ос-коыак адач «¡вого иссяздозакиа г^с-ъз: .

- тесротетаскао обссцзза-'шэ ¡¡ззсЕдзскаиосгк использования спе-цк^адйскк с2о;'з-'а цедеиааравлекпэ фа'£4«руешж гс'Гброазеотропгщх сиесйй для ссаре^знугвсааиля вроцогссз в 'храдицшвшж огЕаяддйа-к а гакке дая создания новых эффзктевных ох-даэдавщг сасхш; -

- фзрнузцрйважо ираициаок цаюнапраялешого формирования го-хероазеотрсгшк огемЗ пршкЕиезьнэ к одюзьзошшш юсе лароком-«¡реегкош^с схдавдоиад; г ■' ... \

- разработка М07саг;!к иатс^т.изскгго прогновкрогашя свойств

г&тгроаеетрадаьк озагой с использованием ьотаоз-чо белее огригичсЕхого числа известных эксперименгаль-•осс ддшка, но с точиоезьо, достаточной для'надежных итшнораых расчзгса процоссав а астрагал ехдаадаззях сксгсаг, в которых эти сисси я&жа слуги«. рабоэда тезем;

- »шгедаиаихальвоа озрадаяопаэ •взшашоЯ растворимости кошо-|»птов в Ц'^гс!ипрдЕлош13 'форкфусмоВ перспективной готероазеотроп-иой емзеа А 717- Л142", гргдгжкгшюй диссер!ант1;

- шлучаиио с пюкяъв расработапаи методик прогнозирования сссдеиай о свсйствах Ротёроазсотрэшы: смесей, пратшаеида в качестве мадсаыис, о аирокси шпервазо температур к давлений, ха-

дяя сарокеыпрессаошж схлаздавдюс састсу;

- тс-.роегас с свасцьо ЭШ дгаграш "знтальпия кощентрация" зглс сиессЗ, Кйг&годяпвс для вкхонгрише расчетов процессов и аппаратов в стетелах охдаэдшия, работали« га нзх;

' - &№л'.:з вариантов оргашгацка процессов контактного охлавде-тя аодтаЛ фази гстероазотрошюП сисси, выполнявдей роль фазы -хладоносктеяя; -

- энспортзнталыая сценка роСутоспособности охлаждающей системы с контактны: испарителей, работающей на гетероазотропной едеси.

Ниганая повязка исследования

- Теоретически обоснован! и экспериментально подтверждена перспективность использования гетероазеотрошак смесей в качестве рабочих тел охлавдавсик пароконпрессионных систем как традиционных,, так и новой системы с контактны* испарителем;

- применительно к фзжг&за'ахетгэду «¿алерспахтадл^зс гетероазеотропкых работас тел ¡рззрабэтагщ и яред'оягга: я клчеетпо критериев эффеяталнэзтл Еамгггеясы Зсойзтз.. Егя хзмаквкsu сформузгя-рованн на основе аналага раеизэесая "отдавать ~ етдогть - шр", отлкчаяяего гетерсазеотреазкв смесч ¡как о? ш^в^т^мчгс я ¿я естr, так п неазоотроптг: к acsocjKjnass

- разработана мэтодага, пэггадякня расаростра«:-.:?.ь «ггостюа праЕКло Кадьете-Маттаса на с-зрг^егсЕг-ю jrcTitinnr:'-, кретачееу.кх ir.pa-иатроз любых бпк?.р1кх ©:зс5й, е тс« зетсло и гзтгрсаазогро.твк, а таив на ©предезедаэ ягвйыаа оЗьеяоз. as rapen sp« гигдикне температурах , опираясь .та раякогееки: гаетяоетей якд?хх и кре—'' вкх фаз «sjrcaejais снззеЗ, ыайдетзк азсаерячснтсдь?» при про- ' иззодыгл темпера тургл; • .>■■■■'

- разработега яогаотя»к?ая га о-згете с о составах сосузестзугяз;:! егдезх фзз йиякркгЯ рстерсазеотроснай сиео.ч ерн двух произвольна: температурах подучить ¿гя яео кр::з;то кепкмггой pacTaoptKocr« еэ.ксизокзнтээ, кргтготсзху'З температуру рэ.отаор:о;с!?-тп, параметра раэгаЕегчя "хпдхогть - яретсть.- гкт>И и "жадссть - ' пар", З1ячэ1п!я всипзегссп свойств, грэдзс-ясшах .-.;icee?Tíur:cu, а такко алгор:гош пострссгия ддя :;го дтагракин. "огпальяая - ко.'^знт-

- предлояега в гзчестзе ггозого рабочего тога дат осуяеетдле-н:*я процессов охяагдекзя и зпгрзкэ Ksest&csaia бдааризя гетороа-эсотрошая смесь * R7I7- R 142", сЕэзсбиаз зфЗзютвно за«ок'.ть ряд озокеразрупаасгп: фргоков; . ' .

- с пеггезьэ ЭЕ1 для этой смеси впервиэ пглучэга лкагрмгка "эн-•тоеьпяя - хонцэктрацип", прзгздгзп дяя задокгх янгекернкх расчетов процессов п аппаратов охяаддгтаз cxcrcs;. : .:

- показано, что бккаргая гвтсроаоготреглая спесь " R 717-

R 142я, кз.к я ранзэ извсстгая к доселеттгдьиэ-изученная Диссертанте:» саесь " R 717- К 12", í га гут служить- а ¡ачеетзз эддеиш ге?е-роазетрошак саесеЗ хододсяьггх аго:поэ, ta. потери* звдьч оснозизо достокнсгга так« работ тел лая сс^тастагиия .¡роцепсоасхлаздо-ния; ...'. '',./-■ ; v,'' •

- 060CH0Lara теоретически, опробогакд гетпгркнзнтально и «внз авторским савдотальстзоа кз «лобрггектз рзбстсьдая га готсро-азеотротьк сиескх охдаядасгая статеп с гнвкгорамч узлеиа eiese-нвя фаз в ее контактно! кспарятазе;: • .;'•;

- раяработага й подтверздега модель я адеягатнэо rareuTRtiec-аое описание процессов, осуаестмягаья г схлмдакггос с^етг-лх. ра-

бога «.сих на гетероазеотропнкх смесях.

Практическая ттеккость

- Разработана к успезнэ апробирована тдехная методика инженерного расчета схлаггдахпих снсте:,!, работая-дих на гетероазеотропных сыеоях;

- обеспечен вонму.ность существенного упрощения нахождения истишас критических параметров лобьзс бинарши смесей, в том число гетороазеотропньсс, пряу.ое экспериментальное кахоадеиие которих, кпк известно, сопряжено с весьма значительными трудностями;

- на осноес целенаправленного формирования из уу.о выпускаемых промгпленностыо компонентов создано нокое эффективное озонобезо-пасное рабочее тело для парокомпресскога;!« охлаэдаюких систем -бшарнал гетероазеотроптя смесь " К 717- впервые получены экспериментальное данние по разовому равновесии в »той с»ее к и диаграмма "энтальпия - концентрация", позволяемая вести практическое проектирование охлаждаодих систем, работавших и ней;

- усаевко апробнрогана система охлаждения, сочетавшая в себе оснозиив достоинства системы непосредственного охлаждения и систе-м.ч с промежуточна хладо) эсителем. Ее промкмленное нрикенеиие позволяет на 14-20 £ снизить металлоемкость и энергопотребление при осуществлении отвода тепла от технологических и других охлаждаемых обьектоа. Авторским свидетельством то изобретение защищен зф-£у:-:тивны!1 вариант этой с ист с.ми с электорньгми узлами смешения ¿[аз смеси и контактной испарителе;

- установлено, что для работы (¡а'гетероазеотрогаак смесях пригодно уг.е выпускаемое серийно оборудование: - компрессоры, герые-ткчюге касосьг, конденсаторы, маслоотделители. Это позволяет существенно сократить сроки промьилекного освоения и обеспечить необходимо его масштабы.

Апробация ппботи

Основное положения диссертационной работы обсуждались на ежегодных »иучкас конференциях профессорско-преподавательского состава Тахкентского политехнического; института (1984-1939 г.г.), на Всесоюзной ьаучноЯ конференции "Пути интенсификации производства 1 к применения искусственного холода в отраслях А ¡К". (Москва-Таикент Э65г.). кя тучно-техническом семинаре при кафедре "Криогенная техника н кондиционирование воздУха' Москоаского вк-езего технического учадияа им.ьаума га (1990г.), ш ка^дре "."идровлика и гидро-

г 5

машины Ташкентского автодорожного института (1994г.).

Публикации

По катеркалаа диссертации опубликовано семь работ и получено одно авторское сзсдатехъстао ка изобретение. .

Структура я айъеч работч

Дкссвргацяоггая работа нолояека га 170. страницах, в той чясле 136 страницах етжктпксгэро тегстз л '34 рисукгаг. Работа состоят из тяга г.таэ, <тз сотерис ■летал гллаа шяопае? осшэшэ выводы я ■список еспояьвогмаюй вигсрафра, . '

■Соцетгегакзя аа'ботп .

Во и?езеге?я ■обосйвгг^а азяуагьтасть теш исследования, его 'осясшныэ зааача, а таетэ аукая гизягка а' практическая ценность рззультатсз тапелксягзго «ссзг^^тая. '•

Лгрэтл -гласа ссезетепа оггетву «зстодаш вопроса зовсрленство-васяя цроцзсесэ ©зсгаяяекзз а езкаггзгзгкг сястет, используемых о ХК2ЯЧ8ЮСОЙ -я р-одстзежис сЯ тетзлггэзг» а тангэ раарабсг.чи и сссяедоваиня иоаьк райсчях егз, язтаеляйтас ссдобаов соверзскст-гопаглэ 'ссузестзать. Н» осягае этсто агаляаа, базируязщ'сся га .. рассмотрен:™ язвестных работ, еегнст^кьх другая'авторами в а то Я «зйзасгя наука я гезсняюс, «дегаггл гстоды о той, что псе с?3 сохраняется зкачмтелыпя актуагьпгзть созертснэтпогзшгя традяционко ис-Сольвуешгс систеа охгаадекзя, а такаа разработки иоаис систем, а ¿.•эторыс бъяа <5ы устранены ггс^остатки, прксуз'.ю иззосты. Сдеяага тзие зызоды о тса, что йольгпа Еогокзкоста для ссп°.р2екствозакия гроцесСоа а систем ехдаздеппя техкологячаскях объекта* я других потребителей холода прэзстагл.тэт использогзняе в ьачестге рабочих тая этих систеи гетерсазеироскья бнкарнас смесей хладосгеторв, которые однако еяё крайне езлэ ксследосаин п требую? основательного «зучеиия.

Сфораулировакы осязэязэ задачи цредпршвапемого дчеепрлигтом исследования.

Во ат :оя главе расекэтрейа ёпешфяческао особенности гвтеро-азоотропньк бинарных гагеееЛ, сЯутаавлвгзетив иелесос.рауность «с прясел гния в качестве работах гсл для ремвасяя процессов сгсллж-деняя, а такие осковиыа куааезяы пелегаправлениого фг^ировянан таккх сзгесей, оцгпти язргаегтяензета а области прмквк^няя пазхцоя «э них. Иокааак*, что из чгазз 5инаря'д гвтерогонкчх тидд»« снесся наибольший интет>ес в качестве рабочих. чел паро1:оаг.р(.саио)лы)с охглч-даоакх еисгея лредстанл/ят смеси, у котерше критеряи Е<1,

б

р; и- хм)

где:

р± и - давления шров чистых компонентов смеси;

и Л^ - мольная доля компонента I в сосущестаугдак жидких фазах смеси при температуре Т=>Г0П$1 ;

Именно такие смеси,в отличие от других обладают, в частности, иаксиыальнш давлением и минимальной температурой кипения, а так ко повшенной удельной объемной холопроизаодительностьа по сравнения с < стымк компонентами, образующими сиесь, обеспечивает воз-цокность осуществления процессов изотермического кипения при постоянно« давлений.

Из работ Р.Рида и Т.Шервуда, других авторов известно, что параметры равновесия "жадность - жидкость - пар" и "жидкость - падкость", в отличие от равновесия "жидкость - пар", весьма чувстви-те. ыщ даже к мальм изменениям коэффициентов активности. Использование данных по составам сосуцествутаих жидких фаз смеси с последующи расчетом кривой взаимной растворимости ее компонентов по методике, предложенной диссертантом, позволяет проследить изменения коэффициентов активности компонентов с температурой, что в рбщем случае, как известно, является весьма трудной задачей. Предложений им способ описания кривой взаимной растворимости дает возможность ограничиться использораниеы достоверных дашшх, полу-чо!гшх придвух температурах в лобом удобном для эксперимента температурном интервале.

Б работе вводится понятие "идеальная гетероазеотропшя смесь'', использование которого позволяет разработать и предложить экспресс метод предварительной оценки целенаправленно формируемой смеси с точка зрения её'потенциальной эффективности как хладоагейта. Под "идеальной гетероаэеотропной смесью" автор понимает смесь, в которое сосуществующие квдкие фааы представляет собой разбавленные растворы. Это условное понятие представляет собой как бы кзидеальность 1-го рода гьтерсаэео тропкой смеси по отнозеюш к закону Ра уд Как известно, иэ условия появления второй жидкой фазы и рав новее« а бинарной системе, в -ее сосуэвгтвугхакх фазах должны быть равны активности, плрцкалым» давлении компонентов и состав пара. Следо-а тахьно, икоюально вожаков давление смеси а области сосудествс вами двух *4люа фаз мекло определить при X ¿X ?Х :

Рсн ^Рим* " . м (2)

где: ■ .

Р1,Р2 ~ индивидуальные давления компонентов; -

- концентрация янзкокиляцего компонента я сосуществующих жвдких фззах при Г = соп$ц Гетерсазеотропнъй состав пара определяется:

• =р;**/1>м -1- ®

Для случая значительной вззимноЗ растаоримостн компонентов гато-роакеотропиоН сгосг-г, когда её сосуществующие жидкие фазы уже калия рассматривать га в разбавленные растворы, вводятся условное понятие "неедеальясгепМТ-го рода" по отшпетга к оакону Рауля. Особенности и расчёт гпрояпдгсостнога равновесия смеси в этом случае подробно рксс-гатр'ГЕйютсгя а третьей главе. Далео показано, что именно велячша 0Т£Згсг1егг«я от гаксгл Рауля, вызванного наличием а снеси не одно Л, а двух сосуществующих кидких фаз» зкосят основной, наиболее значшяй ; вклад » специфику гегероазеотропноП смеси. Ш основе анализа равно- • | иесчя гк;эдкость-жидкость-вар", отличающего гетероасеотропныо смеси, автора;,?, з качестве критериев кх эффективности как хладоагентов, -раз- , работай и- предложен ряд комплексов свойств: ' |

' <кр. 'о г <кр. ~ 'о

1 лл о

' где;

''ко значения составов сосущестэуадгес жвдк;« йаэ при заданной температуре кипения смеси;

Хц - состаз, соответствующий хрит(гтеской температуре раствор^ее?« Тцр - критическая температура растворимости смеси; у0 - заданная температура кипения смеси.

Требования к этим комплексам формулируется следующим, образом:

Кр та*; Кр"дх0та* ; ир->т1п ,

Предложенные комплексы, объективно отражает» то, что для осуяоетвяб-ния холодильного цикла' наиболее ценными б уд;/? снес;; со значительной нерастворимость!? компонентов при температуре капеккя, резким кзкэ-нением их гзакмгай растворимости по мерз повызения температура, низкой критической температуре.", растворимости и существенным смещением составов гетероазеотропкого и езеотропного пара.

Корректность .предяожекпьк комплексов подтверждается, а час тисе та, га примере.свойств гетзроапеотраятк смесей "Я717-К12" и "Я717-р,142

. •' ' -.'■" У . . 8

В работе пэкааанз, что яде определения еозмоккьк гранта; осу-востаяшгая парокомпрессаоаного цаета ш той или иной гетероааеот-ропиой cues« !йо6ход5ио анаше её истинной критической темпорату-ры, а ш' псевдократичвской. .

Излагается разработанная авторов методика использования известного сразила Алексеева для Еостроекия кривой взаимной растворимости ратерсагаотроюш смесей, а таетз атлогичкого шу правила Кадьего-Ыагеаеа, оцра&едящего соотштошя плотности касщвиной жидкости и равновесного с ließ capa индивидуальных веществ, для определения плотностей жидкости и.равкозесного с нов пара любой бинарной cueca еаддиного состава, в той числа азеотропной и гете-роазеотрогшой.дрй любой температура, вытчая критическую, фи asea достаточно, опереться ta акспершиггаЛьно найденные- значения при двух произвольные температурах..

Показано, что а бодшшствз случаев "средние ли ¡ни" кривых, опнсшаеашс уавищтытправилами-,. на перпендикулярны. о caí абсцисс, а сама кривые да яшатса С!иыатрйЧ1иаи относительно сродней лк::ш,т.к. при "слсжениа"' по стой дикий' точки, принадлежащие разный ветвям кривой, но совпадать ftasicoro» чтобы привести эти кри-■ выз к симметрии автором предложено* "йдефориировать". систему координат и рассматривать та kid agaaue- на> а> сбыаной' ортогональной cüST£-4a¿ а в систшэ» в- которой' оси: есовдише расположены в обаеи случае под jrraou Л друг к- ДРУ-ГУ- Показано,. что- в. такой системе координат (/-W) £фшзш вааианой-растаорацости к зависимости разнээзскьк дяотностай аддкостеП и capa от. температуры могут быть, описаны уравнениями парабол с sepssissiut'» соответственно, в критическая точка растворимости* и- в Еритячосго-.г точио смеси' определённого состава Const •

Т'= alivftí; (&)

гдэ:

CL, t - индивидуальные коэффициенты;: : W.значение илгересувдего шс свойства.. Цри атом:

т4т-ым. : ' (91 w'-ц,- ~~ ш

un : Ц'р}e V/Av/t'" (И) (w

где:

Ь Да - базовые экспериментальные тезшературы;

УА^1 - экспоримектальшз значения равновесных свойств при температура Т = Тл ;

VI~ зкопэртаентальниз значения равновесных свойств при температуре Т = тг ; фи этом индивидуальные коэффициенты йи £ определяются в результате реаений уравнения (8) при подстановке а него соответствующих значений свойства V при температурах Т.^ и Т,;

На этой основа в работе получены и подтверждены анализом опубликованных данных по ряду расслаивающихся смесей, э то?й числе и хладоагентов " Я 14- Я22", " Я14- К 290", " Я 152А- «218", " В 717- Я 12й, зависимости:

- для описания кривой взаимной растворимости компонентов сме0:1

г*а(ст+1 ■ ; (16) •

- для определения составов равновесных жидких фаз смеси при заданной температуре Т:

С,- , т, ■

На той же основе получено н также подтверждено агализок опубликованных данных по ряду индивидуальных веществ и самых оазнообразных бинарных смесей, в том числе азеотропных Я 500, /? 502, /?Ь03. А-1 и гетероазеотролных " Я 717- й 12", что кривые ''рчвисвездля плотность нидкости - плотность пара" являятся в новой г.игтече координат параболами, лежащим между параболами:

т'= а^р)" ~ Ъ ; <ш

т - а,(р)2 - ; (20?

Шйдены и подтвертоены зависимости:

- для определения критической температуры смеси при

/см - ССП-ьЬ - - '

тк ^ 4. <-6 ; г:)

- для определения эе критичесап« плотности

1с 10

A' fcr <*>

<3

- для определения рапшвескг; плотностей «.¡оси при заданной температуре Т:

Щ-УьИГ/А" <*>

■»•-%-[¿lí-mrbт <«>

где: el-- 0.75a¿ ; е , 025az ; j. = 0.15 l * 0.25;

CL/1 - квдкакдуальиыо коэффициенту, определкеуце и результате подстановки в уравнзшя (19,20) оксг.ср'.ые-лтолыплс значений, полученных при двух температурах,

В работе показано, что расхоздения расчетных данних, получен-иис £о разработанной авторе^ методике, от опублихосанкьх экспериментальных даших, получешох другюли исследователями, находятся о среднем в пределах 0,2 * 2 %, а максимальное расхождение не превьгеает 5 %. Приведены ивдивкдуалышз коэффициенты уравнений кривых взаимной растворимости и равновесии* плотностей рассмотрении! шесей.

Для получения опорных данных по смеси " R 717- R 142" било проведено экспериментальное определение взаимной растворимости ео компонентов и фазового равновесия в ней. Оно проводилось по известному методу визуального наблюдения за исчезновением (или появлением) граничь- раздела мезду жидкими ({азами изучаемых смесей с фиксацией при этии температуры их териостатирования, давлений их равновесных паров, а таксе составов их сосузествутаих кндких и паровьк фаз. 3 экспериментах использовался сборный цилиндрический сосуд равновесия, две торцевые стороны которого выполнены из высокопрочны« и термостойких стекляных дисков. Через нтуцера, расположенные m цилиндрической корпусе сосуда равновесия, осуществлялась зарядки сосуда смесью, отбор проб яидких и парообразных фаз смеси на ачллиэ.

Сосуд рав!»ьесня истиляс?. в термостатируемый объем и осуве-гвлялся медленный пол-ем температуры вплоть до момента исчезновения грани 1ш раздела нигкчх фаз смеси, .¡ри *>гом непрерывно фик-сирокалксь темш ратурп л дшленин в сосуде, а также периодически отГиралксь пробы (Jas h.i xpovэрратический аналоя.

Исследование проводилось в диапазоне концентраций 10-90 % по аммиаку. Установлено, что в диапазоне температур Т = 223 ^ 293 К тот место поло^итачьше отклонения от закона Рауля.

Произведет оиенка основных термодинамических сеоНств смеси " К 717- Р. 142й, а тагко смеси " Я 717- Я 12", как модельных гете-роазеотропкл рабочих тол для осуществления процессов охлаздекия !! определено место зт:;>: смесей в обуем ряду холодильных агентов (рис.1). Показано, что целенаправленно сформ1фованкая автором озонобезопасная смссь " Д 717- К 142" по зависимости давления ее каскзенньк парез от температуры достаточна близка озоноопаеному фресну-502 ;», мопст его, з частности, успешно заменить. Она способна таюте заменить и более дорогой, чем она хладен Я 22. Нормальная температура «¡'.пения смеси " Я 717- Я 142" равна Т = 235 К. При давлении I бар у этой смеем а широком интерзала концентрации С = 8-99 Й (пес) по агиизку имеется обширная зека несмесгзгосг:^. Данные о состава;', сосуществуете "Ндкп>; фаз смеси при .температурах 233-263 К, подуче.чшз автором, свидетельствуют о том, что в испарителях эхлапдаа'днх систем, работзвдих'на этой смеси, совершенно не требуется поддорт.нгать сколь-либо точную концентрацию ео компонентов и, что з весьма широком интервале этих концентрация, кипение смеси будет происходить при постоянно!! температуре. Удельные объемы паров смеси " Я 717- Я 142" значительно неньае удельных объемов и чистого "Я 142 и чистого Я 717, что обеспечивает при ее использовании существенный выигрыш в требуемых часовых объемах компрессоров охлаядавдеЯ системы.

Сравнительный анализ двух модельных гет-ерсаэеотролных смесеП, сформированных ка основе аммиака, - л % 717- Я142" и " /1717-К 12" показал, в частности, что чем бользо давление касызенных паров второго компонента, добавляемого к лернсму компоненту гете-рсазеотрэякоЯ смеси ( Я 717), тем боль-лики оказываются отклонения сформированной смеси от идеальности при примерно равной ширине их кривых взаимной растворимости компонентов.

г5 третьей глазе рассмотрена математическая ¡модель и адекват.'шЯ ей алгоритм расчета и построения диаграмм "знтальпня - концентрация'' гетероазеотропных смесеЯ на основе данных по составам сосукествуя-•дих !нз при двух температурах. Рассмотренная модель предназначена для ответственных инженерных расчетов. Она учитывает неидеадь-ность смеси 11-го рода, когда жидкие сосуществующие фазы бинарной гетероазеотропноЯ смеси, из-за существенной взаимной растворимости ее компонентов, нельзя считать разбавленными раст-норами. .

¿следствие того, что ыолышз объемы компонентов гетероаэеотроп-иой смеси (например " Я 717- Р. 142") существенно отличаются друг от друга, для расчета коэффициентов активности выбрано уравнение Еан-Даара.'

В соотаетстлао с модель®, коэффициенты активности компонентов в сосуществуй!« кадки* фазах смеси определяются из уравнений:

Рл у ' л_

фимг- л Хм-Г1 ; (25)

п+ а.

ь-1 в 1-хи -i

41.

в 1-Ам

В' ; (2б>

а. ш ^

I1 л лк, -1

__ 14

где • л

¡(мну- коэффициент активности первого компонента в жидкой фаза, обогащенной этим компонентом (при Лс^-^м 1! 1»гМ~ к03ФФ!{Цие11Т активности второго компонента в фазе, обогащенной от»« компонентом (при Хсп-Ку ); А и В - коэффициенты, определяемые по известной методика. Тогда при Х... < :

. . яг р&яг») &(*) (27)

Р1хп^(м>/Реп (28)

при ОйХ^Х^ ;

(29)

при < X I :

Рс,- Р^^^пг^ш (30) где .'^у,, */«+£&); Цк^МЛ

Разработанный алгоритм дает возможность получить искомые пва-чения на кривой взашлной растворимости компонентов гетероаоеотрол-ной смеси, рассчитать ее пароявдкостное равновесие а построить с псасщьа графопостроителя диаграмму "энтальпия - концентрация'' СН-С") этой смеси. Б работе приводится полученная автором впервые "Н-С" диаграмма предложенной им гетероазеотропной смеси " «717-(1142" (рис.2).

Покапано, что работа ка гетероазеотропной смеси охлаждающей системы с контактным испарителем существенно отличается от работы на этой «э смеси всех других известных систем охлаждения, ибо ее рабочий цикл включает з себя ряд принципиально новых процессов. К ия числу относятся, в частности, процесс отвода из испарителя одной из жидких фаз смеси, пришг/д&чоЯ о качестве хладоносителя, процесс ее отепления без вскипания а приборах охлаждения технологических объектов благодаря тому, что она окапывается в переохлажденном состояние, ее возврат в контактный испаритель и процесс ее смещения с другой фазой снеси, процесс солидарного выкипания компонентов смеси и др.

Детально проанализированы два варианта исполнения охлаждающей системы с контактны,испарителем:

а) с осуществлением процесса полного дросселирования смеси ге-тероаэеотропного состава э регулирующем вентиле систему с уровня давления конденсации Р до уровня давления кипения Р0;

б) с осуществлением процесса неполного дросселирования гетероа-зеотропной смеси в регулирующем вентиле системы с последующем ее расширением а сопле инжектора. 1а эту схему диссертантом получено авторское свидетельство па изобретение.

Определено и покарано, что второй вариант, эключакшй а себя процесс расширения смеси э сопле, будет более зигоднкм, чем лерачй. Это объясняется тем, что реальный процесс в эжекторком смесителе, даже с учетом всех потерь а нем, будет проходить между адиабатой н изознтальпой, благодаря чему удельная о'ъомнал холодопроиззодчтеяь-ность возрастает.

Разработана и приведена такде математическая кодоль расчета никла установки с контактным испарителем., работающий, ¡-а гетерса-зеотропной смеси, при пемова ЗЛМ. :3 прило-пеикн пр^гводен!! результаты теплового расчета такого никла для уело;;-;*: 7 = 233 4 263 К; Т = 303 ¡1. а~Тг.=30И\

Четвертая глава посвящена вопрос?/? ^оногруктияного опормлезия охлачдаю-апх систем, работающих на гегосодгоссрчшмч смесях холодильных пга'тор, их ,"клог и аапзрзтоэ зкспер»'<юкт*лькоЗ проверки их работоспособности. гя ос.но?е сопоставите! м-.ого анализа показано, что процессу контактного кипония в контактном испарителе ■дей счете;.!'', работает ей на го'героазеотрогной смеси холодильных агентов, суц.?стзенно отаач-кгтея от известных процессов контактного охлаждения нелетучей тюдкост» с пемощьч нерастворимого з ней легколетучего компонента. Они существенно отличаются также и от известных я химической технологии процессов перегонки с водяным паром.

Показано, что основным отличие;,: процесса, идущего в контактно.«.: испарителе рассматриваемой системы охлаждения, которое должно учитываться Ь конструкции, является то, что кипение компонентов гете-роазеотропной смеси хдадоагентоа в не!.: является солидарным и при той в существенных количествах выкипают оба компонента смеси, а е паре, равновесно:.! о каждой из двух жидких (рз кипядей смеси в значительных количествах присутствует оба его компонента. Более того -обеспечение такого солидарного выкипания обеих компонентов гетерогенной смеси является-вакнеИой стороной организации процесса в контактном испарителе.

Автором проведены экспериментальные наблюдения га работой охлаждавшей устанозки, принципиальная схема которой приведена на рис.3. Пары смеси, отсосанныс компрессора.: 1 ил контактного испарителя б, сккмавтся и нагнетаются в-конденсатор 2. Из конденсатора жидкую смесь через рессивер 3, дроссель А и.экектор 5 подают в контактный испаритель б, где она смешивается с жщким хладоносптелем, возвращаемым из приборов охлаждения 9.

При этом переохлажденная жидкая саза гетероазеотропной смеси, слунаиая жидким хладаноситедеы, отбирается ил контактного испарителя насосом 7 и по трубопроводу 8 подается в охлаждавдие приборы 9. Здесь', не изменяя своего агрегатного состояния, переохлажденная жидкаЗфаса лишь подогревается на 2т4°К и возвращается к контактный испаритель, где отдает приобретенную а приборах 9 теплоту на кипение смеси. Затем цикл повторяется.

Для проведения экспериментальных наблюдений установка была оформлена по принципу известного калориметрического стенда и правил проведения калориметрических испытаний.

Установка работала устойчиво и надежно. Ш рис.4 приведены графические зависимости, полученные при обработке экспериментальных данных, хороао согласующиеся с теоретическими положениями, сформулирозанными автором в главах 2 и 3.

фи этом было установлено, что для работы на гетероазеотропных смесях и в том числе в дхлаждащих системах с контактными испарителями пригодны компрессоры и теплообменные аппараты, предназначенные для работы на аммиаке. Что касается конструкции контактных испарителей, то из четырех проверенных вариантов предпочтения заслуживает вариант со струйным смесителем, который, как показали наблюдения, обеспечивает более быстрый запуск установки, выход на требуемый режим и легкость перехода от одного режима к другому.

И пятой главе содержатся основные выводи по ргбото я список использованной литературы.

Основные выводы:

а) На основе анализа состояния процессов я систем охлаждения, используемых в химической и родственных гад технологиях, установлено, что все езо сохраняется значительная актуальность совершенствования этих процессов it систем•особенно для крупных и расположенных з раЛоглх тлркого климата производств.

б) Показано, что оптимальные решения это!1 ваяной проблемы находятся га стыке реязниЯ двух органически вза им оcsязаник: задач:

- задачи совершенствования традиционных охлаядавзих систем и создания новых перспективных охлаздасз'.к систем;

- задачи корреляции свойств известных и разработки ko»-jx эффективных рабочж тел для тех и других систем.

s) Установлено, что. з плаке таких резекиЯ приоритетный характер носит, с одной стороны существенное улучшение гидравлических и теллсмасеообме.чкы-"! характеристик охлаядаюдак систем, а с другой стороны разработка новых ра6сч:к тел, выгодно отличавшихся своиш теплофизическими и термодинамическими свойствами, а также доступность!) и достаточной озонобсзопасностьп,

г) Показано, что к числу таких псрспактивных рабочих тел могут быть отнесены целенаправленно формируемые гетероаяеотролные смеси хладоагентов. Одтко, гетероазеотропные смеси вообэе, а гетероа-зеотропные смеси холодильных агентов а особенности, езе весьма мало изучены.

д) Ш основе анализа равновесия "жидкость - жидкость - пар", отличавдего гетероазеотропные смеси гак от индивидуальных зer.eeта, так и от неазеотропкых и азеотропньх смесеЯ, диссертан-им предложены соответствушио комплексы свойств, позволявшие объективно оценить перспективность то!1 или шпЯ смеси ъ качестве рабочего тэ-ла для осуществления процессов охлаждения.

е) Разработанная ki методика позволяет расг остра ни гь ичвест-ное правило Кальете-Цатиаса на опредечеше истинных критических параметров j. Лых йкнарных смесей, в тса число и гетероязеотрогшке, а так*е га определение удельных объемся их пароа при задании* тейпе ра турах , опираясь ш знание равновесия плотностей жкялт-и паровых фаз смесей, экспериментально иаПдеиькпрн двух праиячо^ьннх

.*пера турах.

ж) Разработанная диссертантом новая методига. пч^вотьет -и основе экспериментальных данных о составах гссузес1ау»акл тиаккх

бинарной гетероазеотропной смеси при двух произвольных температурах получить для этой смеси кривую взаимной растворимости ее компонентов, критическую температуру растворимости, параметры равновесия "жидкость - жидкость - пап" к "жидкость - пар", значения комплексов свойств, а также алгоритм построения диаграммы "энзаль-пия - концентрация" для этой смеси.

з) Предложена в качестве нового рабочего тела для осуществления процессов охлаждения и впервые исследована целенаправленно сформированная гетероазеотропная бинарная смесь п Я 717- Я 142", способная эффективно заменить ряд озоноразрушающих фреонов. Проведено э--зперименгальюе изучение фазового равновесия этой сыеси, подтвердившее ее гетероазеотропшй характер. С г.омоаыо ЗШ для нее получена диаграмма "энтальпия - концентрация", пригодная для надежных инженерных расчетов как традиционных, так к новых процессов и систем охлаждения, в которых эту смесь1 предложено использовать.

Определено и показано ее место в общем ряду известных холодильник агентов и хладоносителей.

и) Диссертантом обоснована и защищена авторским свидетельством на изобретение работающая на гетероазеотропиых смесях охлаждающая система с экекторньми узлами смешения фаг в ее контактном испарителе.

к) Разработаны и подтверждены модель и адекватное математическое описание процессов, осуществляемых в новой охлаждавшей системе, работающей на гетероазеотропных смесях.

л) Опытная проверка подтвердила работоспособность и достоинства предложенной системы охлаждения, работающей на гетероазеот-ропных смесях.

Основные положения диссертационной работы отражены в публикациях автора: .

1. Лавочник Л.А. "Холодильная установка", авторское свидетельство СССР на изобретение I?'947583 МКЛ3 263*100, Опубликовано 30.07.1982г. Бюллетень открытий и изобретений 1982г. 0 28.

2. Лавочник Л.А., Садин^ов Б.^. "Холодильные установки с контактный испарителем и экспериментальный стенд для их исследования' Сборник научных трудов ТашШ, Ташкент, 1983г. С 33*37.

3. Лавочник ¿.Л. "Ьовые рабочие вещества и их использование в компрессорных грлнсфорич'орчк .-нилоты". Сборник научных трудов Т-ч1И, Ташкент, ХЭЬ^г., с. о.

4. Лавочклк Л.А. "^скаднае толлогые насосы с контактными испарителями в »».¡*я->? выгуЧ",

Пути интенсификации производства и пршенэшя искусственного' холода а отраслях АПК. Тезнсы докгадоз Всесосзной научней конфзран-ции. Цоскга-ТйЕкэет, 1985?. сДОО. ".-.'.

5. Лавочник Л.А. "Бззая система схяаэдекйя, работавяая нз гетероазеотрошеге емзеях хладоагентов". Сборник тучных трудов ТааШ, Тазкекг, 1£35г., с. 55-57.

6. Лавочник Д.А. "Сжзсзнно нэталлоенковтя и энергопотребяегмя в кснпрессоркых трансформаторах тессогн, работавзйс на гетзроазо-ч отрешите см2сях хяадоагзнтоз0. Сборник гаучкых трудов ТапШ, 1ка-кент, 1988г., с 55-57;

7. Лавсч'тк Л.А. (научный руководитель) Лезачев В., Шайхут-диноэ Д. (студенты) "Исследованкв зоны ограниченной взаимной растворимости смеси " рх 717- я 142я. Сборник гезнсоз докладов Респуб-янканскоЯ каучко-тзхгзгсеской конференции, Таакеггг, 1939г., с 22.

8. Лавочж!Е£ Л.А. "Иепсхьзовагсш сравгка йльзтэ-Натиаса для определения свойств смесей, прнменгяемяс в процессах-охлаждения химической технологии". Сборник трудоз ксйодых ученых ТапПУ 1994г. (в печати).

ВДЭДШ ЯРДШШ штег-оазеотроп КОРШМАСИ ' ЕРДЩД& СОВУТШ ВДРЛЙВШ ТДЮШЛЛЖШРИШ

. АБУ РАЩРЙ БШНШ гоыздакг 'ТОЖЕКГ Д/ШМГ ТЕХНИКА УШВ2РСИТЕТИ

••■' ;.. ~ ; ..' 1994 я.

: Казкур иш чиом1 сифатад® ыацсадлк яратилгвн гетороозеот-" pon коришыасв совутш оыилвдаг фойДаланю зрсобига совуткп адраешши тасошилаатиркига бтшанган. -

Иада ушнг ордаиада- с^а^атпша ыавздц совуткз систоыасининг техяпк-интисодий гафсифшмасши авдднй язшилаб цолмасд&н балки оадигилврвдшг ефзалроц булгак еовупшшнг щншципиал лиги систаиасвни амалга озирка цуыкиняиги курсатиб берилгал. Днссзртант таклкф г;илаётган ва тдщущ цияиб яратган озонга хав^сиз-'., £;7Х7 - -Я 142"гётороазеотрогт коришмаси озонга путур ' отяазувчи^савутшл омилшш ^ацда алча циммат турувчн совутувчи R22 ни алкоатириш хусусвдтига ara.

•У o¡:it бу гетороазсстроя' цоршшасиншг совутга омили скфатн-да компязкшш? мах су с узига хост хусусиятлари истицболши ба#)лаз имкокиня берувчк дозоняари иллаб чицилди.асославди ва ).^-га||$&1;иягли синовдаи угкаэиадк, Бинор цоркпмастешг исталгпн г'ипига Каяьете-Матиас 1;окдасшгп тат&п; ^или^ ^аэда унинг буги ва- суачлипшинг tíapijapop змадигшк.ыунингдак,. уибу ¡рриималар-1мнг критик тешоратураси ва босикинд anuipiasr иыконини

Йерувчя изтод юшаб чшрглди. . .

■ • Гетерсагсотроп ^оркаиа, суиннгдек» унинг караанларининг цу^ацдислик ^исоб-китоблари шокур иоргамаларда ншловчи

совуткз тизиклари циклдяри учун ЭЩ ердамяда "Знтальпет-концентрация" диаграьшашаш тузгсп кетодикасн ипшаб чичияди.Мана шу асосда такзкф ^юкнаётган ,R?I7 - #142 цориамаеи учун ' биринчи .марта "Энтальпия-концентрация" диаграммам олянди.

Ихтирочиликка таклиф нклпади,наз арий жи^атдан асослаади ва цуаллифлик гуво^кокаси оливдк *аада гетероазеотроп цоргсл-. -.. масвда галовчи контактлн буглатгичли ва фазами чушип учун олэктор узелли совутиш систеыаси цуваффацилтли равиэда эксперикоиталь скновдан утди. . V /

is L.LftUOCflHHC

THE COOLIH6 SYSTEM IHPROV'EKEHT BY HEflHS 0? US1MS THE PURPOSEFULLY FORKED SETEROiiZEOTROPIC SIXTUSES

Using of the ceteroazeotroplc refrigerant slxtnres shich profitably differ by Uieir theraodinasic properties not only substantially laprovss th8 existing sistsns.bnt aake3 it possible to realise an actually o'cu cooling systea aitii high technical and econoalc charaktsristics. . .

The neanlng "Ideal Geteroazeotropic Mixture",introduced here in,allows to sake quick tests, of the fcrsed aixtiires . perspectivIty.Ths conplexes of qualities.reflecting tho character of tha "liquid-liquid" frontier- Una are su22ssted and deaands to thea are forsulated ,

The nsthod of spreading the Raiete-Kathias rule to different aixturs,including seteroa28otroplc,alloudg to dsterains trrte critical tenperaturo and deasity.also vapour-liquid equlltbrlua densities and voluses and is crotmdsd and expariEsntally conflrsed.

Also the detailed engineering aethods of "liquid- llquld-vapor"equlllbria calculation of binary eeteroa2eotropic slsteas and aachina eoostractlon on this base "Enthalpy-concentratlon'dlagraaas and calculation the neu :oollng sistea are suggested here. "..-'■.,

ft neu perspective refrigerant-osono safo alstura "R7i7-Rl<2" offered In this thesis oork can affectively substitute, for exaaple, ozono dangerous E502 and aora expensive 822 and tiers Is glved its "Enthalpy-concentration" oiagraa.

The theoretic and experenental Investigation results of a nea . coollnj, elaborated by us systea ulth a contact evaporator.profitablj using tha effcct of tha t terdajactroplc aixtures stratification en tap liquid phases are shevn Wa. One of thit liquid phases in subcooling state is using as a cold carrier.The ne« sistea unite itsalf advantages of tha direct and brine cooling 1

'¿о

Pul i >н ¡yj- ( (¿a)

ус vz' кг/кг )

puf 2 \{'и(1глам^:п jhtw/ibnuh - концентрация "

спеси н711- á'/9¿

р- р.рр ) т| грод. с )

к , —)

d

.'^»runt»»'

к

Jft.^.*. y-

rsrt d-

л^сз cxgmg установи

Q.

».ВТ

40 65 50 2Э 20 Í5

la 5

253

л1к1/ш

х ißva. ■■

-;>J2 ik

;ЛЧ-- p.7ff/l

R?!7

__л— p.i2

m

14

£0 а б и

qo

u V

.mr/mz о щit/riu

212

.ZA 5

255

263 Ц «

-расчетные ' ' ч экспериментальные на юп-ñiz

/î , v о экспериненталмые на a?/7-fí1t2 '

ус i.äapa и m ер«сйш rs i 5 отяэс@:-ш@ к е-&ю»у ^ компрессору Vh = o,oí?8 .

i